1、概述

高強高導銅鉻鋯合金因其強度高、電導率高的特性，被廣泛應用于電子、電力、航母及艦船、交通、機械、航空航天、國防等工業(yè)領域，如電氣化鐵路接觸導線（電車線）、集成電路的引線框架、各類點焊、滾焊機的電極、高端連接器材料、觸頭材料、電樞、電動工具的換相器、大型高速渦輪發(fā)電機的轉子導條及端環(huán)、高速列車異步牽引電動機轉子、大推力火箭發(fā)動機內襯、電廠鍋爐內噴射式點火噴孔、氣割機噴嘴、航母及艦船和航天器導電部件、軍事裝備的通訊導電電纜等 [1-2] 。

2、高強高導銅鉻鋯合金的市場現(xiàn)狀

銅鉻鋯合金具有高的強度和優(yōu)異的導電、導熱性能，被廣泛用于高強、高導領域，如銅鉻鋯合金每年在自動化要求高的電阻焊電極、汽車及輪船在其生存的焊接工序中等方面的需求量驚人。 以吉利汽車和奇瑞汽車公司為例，每輛汽車的白車（車身骨架）焊點達3000～5000 個，必須采用自動電阻焊點焊焊接，其每年消耗的銅鉻鋯電阻焊電極達到2500t 。

而全國的小汽車、貨車、商務車、面包、客車等汽車生產廠商多達數(shù)十家，每年需求數(shù)萬噸，銅鉻鋯合金電阻焊電極的市場價格約為10萬元/t 。因此，光電阻焊電極領域每年就有數(shù)十億的市場。另外，銅鉻鋯合金用于強磁體用導電銅材、連鑄結晶器銅材、塑料模具等，其每年市場總和將高達數(shù)十億甚至數(shù)百億元。因此，銅鉻鋯合金在民用領域的市場需求極為廣闊 [3] 。

2.1 電阻焊電極材料

我國電阻焊電極產品市場主要分布在華南、中南、華北等地區(qū)。 其中，華南地區(qū)占據(jù)我國市場的70% 。 隨著航空航天、電子、汽車、家用電器等工業(yè)的發(fā)展，電阻焊受到廣泛的重視。 同時，對電阻焊的質量也提出了更高的要求。 銅鉻鋯合金電極的使用壽命長、對被焊接材料不產生污染、焊接質量好、成本低、提高生產率。

20 世紀 70 年代，我國成功研制出性能優(yōu)異的新型銅鉻鋯合金電極材料。通過不斷地生產與應用，該材料已成為我國目前電阻焊行業(yè)應用廣泛的一種新型銅鉻鋯合金電極材料。 該材料不僅用于不銹鋼或耐熱鋼的焊接，還用于低碳鋼的焊接，同時比普通鉻鋁鎂青銅材料的使用壽命高3倍以上， 并且焊接質量優(yōu)于鉻鋁鎂青銅。因而，目前市場上鉻鋁鎂青銅逐漸被新型銅鉻鋯合金取代作為電阻焊電極材料。

2.2 模具材料

相比于鈹銅合金模具材料，新型銅鉻鋯合金材料具有優(yōu)異的導電導熱性、耐磨抗爆性、硬度等綜合性能，價格便宜、生產環(huán)境好，并且在模具行業(yè)已替代鈹銅合金，如水暖模具、鞋底模具、接插件模具、光潔度高的塑膠模具等。

在全世界制造業(yè)飛速發(fā)展的環(huán)境下，我國模具產業(yè)得到快速發(fā)展，國內模具產業(yè)不僅規(guī)模大，產品種類不斷豐富、檔次不斷提升，已成為全世界模具制造大國。 當前，我國高水平的大型、精密、復雜、長壽命模具占比高達 40% 以上，例如長度超過3m 的大型級進模具、 B 級車整車模具，加工精度達到0.5μm的精密模具； 2000～2500 次 /min 以上的高速沖床上使用的精密級進模具； 精度達到了微米級的塑料模具，能有效滿足高速發(fā)展的 IT 產業(yè)的要求。 同時，我國能生產輪胎活絡模具最大規(guī)格單套質量120 t 、直徑 4 m 。 當前模具制造業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，特別是優(yōu)質高效的精密模具的市場需求量將不斷增加，預計在我國“十三五”期間，模具制造業(yè)的產值將突破2600 億元。

2.3 集成電路等引線框架材料

集成電路和半導體分立器件的生產制造需要大量引線框架銅帶。 隨著世界科技信息的快速發(fā)展和進步，大規(guī)模及超大規(guī)模的集成電路是未來發(fā)展的方向，對引線框架銅合金材料提出了更高更優(yōu)的性能要求，如強度要達到550~ 600MPa 、導電率達到75%~80% IACS 。 而要實現(xiàn)上述性能要求，此類高性能銅合金中的 Cu-Cr-Zr 系合金是最理想的銅合金  材料。 據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示， 2015 年國內集成電路產量達800億塊，滿足國內市場61% 的需求。 按平均每 1億塊集成電路約需銅合金材料100～220t計算，2016 年銅合金需求量達到 12×10⁴ ～130×10⁴t ，預計“十三五”期間需求量仍將高速增長，其產值將超過1600億元。

2.4 高速電氣化鐵路用接觸線材料

隨著我國鐵路建設規(guī)模的不斷增加，其中電氣化鐵路的比重不斷增加，從而將大幅度增加我國接觸網導線材料的消耗量。另外，我國電氣化鐵路正向高速重載方向發(fā)展，對接觸導線的力學性能及導電性能均提出了更高的要求 [4] 。高速鐵路用架空導線不同一般的架空輸送電線，它要在長期承受較大懸掛張力條件下經受電弓滑板損耗向機車供電。 除正常 的損耗外，還常常受到非正常的機械沖擊和事故大電流的影響。 高速摩擦產生的火花或大電流會使架空導線的局部產生瞬時高溫，高溫必然會產生架空導線金屬的軟化，在大張力下，架空導線有可能被拉斷而造成事故。 架空導線的波動傳播速度決定了機車的最高運行速度。 根據(jù)電氣化列車實際的運行經驗，當列車的運行速度在波動傳播速度的 70% 以下 時，可以達到穩(wěn)定的受流狀態(tài)。電力機車受電弓沿架空導線高速滑動時，引起界面出現(xiàn)上下振動的橫波，其波動傳播速度與架空導線的架線張力和線密度（單位長度的質量）有關。 要提高架空導線的波動傳播速度，一個重要的方面就是加大架空導線的架線張力，以保證架空導線與受電弓接觸時不晃動。而要獲得大張力，就要求架空導線有足夠的強度。 因此，電氣化鐵路架空導線，特別是應用于中高速的架空導線，應具有良好的導電性，足夠的強度、耐磨性和高溫抗軟化性能。

Cu-Cr-Zr 系合金以及多元微合金化銅合金架空導線的抗拉強度和導電率分別為550 MPa 和78%IACS 左右，具有優(yōu)異的導電性，足夠的強度、耐磨性和高溫抗軟化性能。 該銅合金系特別適用于中高速鐵路架空導線材料，由于它的導電率較高，能耗低，運營成本低，隨著我國高速鐵路的發(fā)展，其市場前景非常廣闊。因此，這一領域的研究與產業(yè)化將是 我國電氣化鐵道用架空導線發(fā)展的必然趨勢。

2.5 銅鉻鋯結晶器材料

近年來隨著鋼鐵及有色金屬加工企業(yè)的不斷發(fā)展，對結晶器的導熱及耐熱等性能要求更高，傳統(tǒng)T2和 TP2 材料制成的結晶器已無法完全滿足要求。 而銅鉻鋯合金是一種高強高導合金，它具有優(yōu)良的導電、導熱性能。 同時，在相對較高的溫度環(huán)境下仍然具有較高的機械強度。由于其生產制造工藝成熟，因此是一種非常理想的結晶器替代材料。 目前年需求量在4500 t 左右，今后隨著上述行業(yè)的進一步發(fā)展其需求量會不斷增加。

2.6 高爐銅冷卻壁材料

高爐冷卻壁是高爐內襯的重要水冷件， 安裝在高爐的爐身、爐腰、爐腹、爐缸等部位，不但承受高溫，還承受爐料的磨損、熔渣的侵蝕和煤氣流的沖刷，必須具備良好的熱強度、耐熱沖擊、抗急冷急熱性等綜合性能。根據(jù)制造材質，高爐冷卻壁有鑄鐵冷卻壁、鋼冷卻壁和銅冷卻壁。在上述3種材質冷卻壁中，銅冷卻壁冷卻強度最大，能滿足高爐最大熱負荷的需要 [5] 。

目前，傳統(tǒng)的灰鑄鐵材質的高爐冷卻壁正在逐步被淘汰，現(xiàn)多為球墨鑄鐵材質。隨著高爐強化熔煉水平的提高，球墨鑄鐵冷卻壁越來越難以滿足要求。

鑄鋼冷卻壁，由于材質與冷卻水管材質相近，與球墨鑄鐵冷卻壁相比，具有伸長率高、抗拉強度大、熔點高、抗熱沖擊性強及整體導熱性能好等優(yōu)點，但由于鋼液溫度高，在澆注、凝固過程中，冷卻水管很容易發(fā)生變形和熔化穿透。 這一難題一直沒有得到有效解決，使鑄鋼冷卻壁工業(yè)規(guī)模化生產應用受到一定的影響。

銅冷卻壁自開發(fā)至今20余年，已經在40余座高爐上使用，這說明此項新技術在生產中得到了充分的考驗，已經被大家所認同。在高爐上試用成功使人們對銅冷卻壁有了新的認識，在高爐上的使用也從開始時的一段逐步擴大到3段、 5段，甚至更多，從爐身下部擴大到爐腹、爐腰。 根據(jù)有關資料介紹，不萊梅鋼鐵廠2號高爐3550m³），在大修時使用了8段銅冷卻壁，除了爐腹、爐腰、爐身各兩段外，爐缸還用了兩段。 其中部分銅冷卻壁為上一代使用過的舊銅冷卻壁，磨損僅1mm ，經清洗后，可重新使用。這些情況說明了銅冷卻壁已進入普遍推廣階段，使用范圍也在擴大，它可以用到第2代爐役上，是一種長壽的冷卻設備。銅冷卻壁不僅具有伸長率高、抗拉強度大、熔點高、抗熱沖擊性強及整體導熱性能好等性能優(yōu)勢，而且在實際應用過程中，可以顯著降低煉鐵成本，呈現(xiàn)出極強的應用后勁。 其中，銅鉻鋯冷卻壁力學性能、導熱性能等綜合性能優(yōu)良，隨著銅冷

卻壁的國產化進程的加快，成本的不斷降低和技術的不斷成熟，銅鉻鋯冷卻壁在我國的使用，特別是在大型高爐上的使用將會不斷增加。

3、結束語

高強高導銅鉻鋯合金材料是一類具有綜合性能優(yōu)良的結構材料和功能材料。 該銅合金材料具有高強度高導電導熱性能，在集成電路引線框架、高速鐵路接觸導線、電子通訊導電元件、大功率接觸器觸頭及電阻焊電極等領域被廣泛使用，尤其在高速鐵路架空導線和遠程輸電接觸材料方面擁有巨大的市場需求量。通過上述市場分析，同時考慮銅鉻鋯合金的 其他應用領域，以及隨著今后我國的高鐵技術出口以及全世界高鐵建設熱潮的到來，其市場容量至少在10000 億元以上。 據(jù)測算，高強高導、環(huán)保、銅鉻鋯合金等特殊銅合金材料的年均消費量增長率將保持在 16% 以上。目前，我國在開發(fā)高強高導銅鉻鋯合金領域，初步形成了完整的自主知識產權體系，開發(fā)高強高導銅鉻鋯合金材料，具有非常廣闊的應用前景，其經濟效益和社會效益將非常顯著。

參考文獻

[1 ]慕思國 . 高強高導 Cu-Cr-Zr 系合金制備新工藝及理論研究［ D ］ .長沙：中南大學， 2008.

[2] 葉權華，劉平，劉勇，等 . 高強高導 Cu-Cr-Zr 系合金的研究現(xiàn)狀［ J ］ . 河南科技大學學報， 2005 ， 26 （ 5 ）： 1-4.

[3] 尹志民，張生龍 . 高強高導銅合金研究熱點及發(fā)展趨勢［ J ］ . 礦冶工程， 2002 ， 22 （ 2 ）： 1.

[4] 黃崇祺 . 輪軌高速電氣化鐵路接觸網用接觸線的研究［ J ］ . 中國鐵道科學， 2001 ， 22 （ 1 ）： 1-5.

[5] Li W S ， Wang Z P ， Lu Y ， et al.Preparation mechanical propertiesand wear behaviors of novel aluminum bronze for dies ［ J ］ . Trans.Nonferrous Met.Soc.China ， 2006 ， 16 （ 5 ）： 607-612.

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